Il VNWA nella versione 2.6 è dotato di un clock non proprio stabile, a causa dell’utilizzo di un quarzo molto economico e con scarse caratteristiche. Nel tempo si è quindi cercato di porre rimedio a questo difetto proponendo diverse soluzioni più o meno valide, a seconda delle proprie necessità di misura. Il test che segue è una comparazione delle caratteristiche delle diverse configurazioni possibili.
Nella versione successiva, la 3, la scelta è poi caduta su un più stabile oscillatore termostatato, accompagnato da un PLL programmabile esterno ai DDS, così da permettere una maggiore flessibilità per futuri sviluppi delle funzionalità del prodotto.

Test set-up

Il VNWA offre la possibilità di funzionare in modalità “frequency meter” mettendo a disposizione un frequenzimetro molto preciso per la misura di segnali applicato alla porta RX. Il frequenzimetro basa il suo funzionamento sulla comparazione di fase tra il segnale esterno ed il clock interno. Applicando in ingresso un segnale molto stabile e accurato si traggono informazioni sul clock interno allo strumento stesso.
Allo scopo è stato utilizzato un GPS disciplined oscillator (GPSDO) a 10 MHz, collegato appunto alla porta RX con opportuno attenuatore, la porta TX chiusa su carico. Il software è stato configurato per un centro frequenza di 10MHz, con 0 span di 15000 punti, 2 ms per punto per una durata complessiva dello sweep di 30s. Con questa configurazione il range di misura del frequenzimetro è di +/- 200 Hz.
In prima battuta si è provveduto tramite software alla calibrazione del clock installato, dopo circa una mezz’ora di warm-up. Quindi, dopo una lunga pausa necessaria a riportare il quarzo alle condizioni iniziali, si è registrato il dF per circa un’ora e mezza, utilizzando l’apposita funzione di logging su file del frequency meter.

VNWA - Clock comparison - Test set-up

Standard

Caratteristiche Specifiche Misurato
Tipo Quarzo
Produttore KDUOG
Modello ?
Frequenza 12 MHz 35.8522089 MHz (armonica)
Stabilità 30 ppm 7 ppm

VNWA - Standard Xtal

Si tratta del quarzo standard montato sul VNWA 2.6 o fornito con il kit. La fondamentale è a 12 MHz, ma viene utilizzata la prima armonica dispari a circa 35.8 MHz. Come si evince dal grafico comparativo, linea verde, il quarzo impiega quasi un’ora per stabilizzarsi. Nell’immagine seguente è evidente quanto sia elevato nel breve periodo il drift di frequenza, di circa +/- 100 Hz, pur mantenendosi in media sufficientemente stabile, con una deviazione standard nell’ordine di 0.004 ppm in mezz’ora. Risente, inoltre, di una certa dipendenza dalle condizioni ambientali di temperatura e umidità.

VNWA - Standard Xtal drift

Optional

Caratteristiche Specifiche Misurato
Tipo Quarzo
Produttore TXC
Modello 9C
Frequenza 36 MHz 35.9988667 MHz
Stabilità 10 ppm 0.01 ppm

VNWA - Optional Xtal

In alternativa al quarzo di serie è stato previsto un sostituto, che lavora in fondamentale a 36 MHz. Disponibile su SDR-kits o su Farnell (codice 1842331) ad un costo irrisorio, con caratteristiche nettamente migliori, soprattutto in termini di stabilità di frequenza nel breve periodo che si attesta intorno a pochi decimi di hertz. Tuttavia permangono tutti i difetti di un normale quarzo, come il lungo tempo necessario alla stabilizzazione, circa un’ora, vedere linea rossa nel grafico ad inizio pagina e la dipendenza ambientale. La deviazione standard misurata a regime è di circa 0.005 ppm in mezz’ora.

VNWA - Optional Xtal drift

TCXO

Caratteristiche Specifiche Misurato
Tipo TCXO
Produttore ACT
Modello 33T03H
Frequenza 36 MHz 36.0000016 MHz
Stabilità 0.5 ppm 0.004 ppm

VNWA - TCXO

Alla ricerca di migliori prestazioni, qualcuno pensò quindi di sostituire al quarzo un oscillatore termostato TCXO, la prima realizzazione documentata è quella di Jörn DK7JB su qrpforum.de, che impiegò con montaggio volante un TCXO da 38.4 MHz della Taitien, disponibile su RS Components. Si trattava però di una frequenza un po’ troppo alta, c’era il rischio che qualche DDS potesse non funzionare o danneggiarsi. A quel punto André Bülau (branadic) individuò un TCXO idoneo e realizzo un piccolo PCB per adattarne il montaggio in modo pulito e senza connessioni volanti. Poiché si trattava di una frequenza non standard è stato necessario ordinare al fornitore di costruire l’oscillatore su specifica prendendone un certo quantitativo. Allo scopo André ha raccolto le ordinazioni degli interessati, che ha portato all’acquisto di circa 70 pezzi con una spesa intorno alle 30 euro compresivi dei costi di realizzazione del PCB, di fornitura della manciata di componenti SMD a corredo e di spedizione.
Da quanto misurato, linea blu del grafico in prima pagina, dopo circa quindici minuti l’oscillatore raggiunge le condizioni di funzionamento nominali, con una deviazione standard di 0.002 ppm in mezz’ora. Nel breve periodo il drift è contenuto a qualche centesimo di hertz. Inoltre, da specifica, la stabilità della frequenza con la temperatura è data a 0.5 ppm.

VNWA - TCXO drift

Conclusioni

Scartando a priori il quarzo della KDUOG fornito di serie, il consiglio è di passare all’alternativa. La modifica è semplice, i risultati sono buoni ed il quarzo in oggetto è facilmente reperibile.
Nell’ottica di un utilizzo prevalentemente portatile dello strumento o nel caso si abbia spesso necessità di misure molto precise in frequenza è indubbiamente necessario passare all’utilizzo di un TCXO. In questo caso si eliminano le lunghe attese di warm-up, la dipendenza da fattori ambientali è ridotta e non è necessario verificare continuamente la calibrazione in frequenza. Il VNWA 2.6 ne guadagna di precisione e affidabilità.

Riferimenti e Bibliografia

SDR-Kits website;
Yahoo! VNWA Users group;
QRPforum.de.


Autore: Gianfranco IZ8EWD
Data di pubblicazione: 01/2013


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